Усны эрчим хүч

Дэлхийн хамгийн том эрчим хүчний эх үүсвэр болох Хятадын Гурван хавцлын УЦС

Усны урсгалын хөдөлгөөн' үйлдвэрлэх үндсэн элемэнт болдог бөгөөд энэ нь тухайн бүс нутгийн цаг уур, усны урсац, газарзүйн болон геодизийн нөхцлөөс хамаардаг. Усан цахилгаан станцад усны урсгалын потенциал, кинетик энергийг турбины механик энергиэр дамжуулан генераторт цахилгаан энергид хувиргах хувиргалт хийгдэнэ. Урсгалын энергийг ашиглах нөхцөл нь жилийн туршид голын урсацын өөрчлөлт, цаг уурын нөхцөл, голын болон усан сангийн усны түвшний өөрчлөлт, олон жилийн дундаж үзүүлэлт гэх мэт олон зүйлээс хамаардаг.

Ерөнхий аргачлал

Нихуилес УЦС-ын машины зал, Мендоза, Аргентин.

Боомт бүхий УЦС-ын хөндлөн огтлол.

Ердийн турбин ба генератор

Боомтот усан цахилгаан станц (боомт)

Ихэнх усны эрчим хүч нь боомтод хуримтлагдсан усны потенциал энергиын улмаас ус усны турбинаар орж түүнийг эргүүлэн механик энергээс генератор эрчим хүч үйлдвэрлэх гэсэн замаар бүтээгддэг. Усны потенциал энергийн хэмжээ нь түрэлттэй пропорционалт байх ба боомтын дээд ба доод хашиц дахь усны түвшний ялгаварыг гидравлик түрэлт гэж нэрлэдэг. Том хоолойгоор ("түрэлтийн хоолой" гэж нэрлэгдэх) ус дамжин турбинд өгөгдөнө. Диревацийн усан цахилгаан станцын усны эх үүсвэр усан сан үүсгэгч нь боомт, далан байх ба усыг тусгай голдирол, сувгаар урсган цахилгаан станцад хүргэдэг. Энэ төрлийн станцууд нь голын голдиролд баригддаггүйгээрээ онцлогтой юм.

Энерги хадгалах усан станц

Үйлдвэрлэсэн эрчим хүч, энергийг хадгалах үүрэгтэй учир Энерги хадгалах усан цахилгаан станц буюу ЭХУС гэж нэрлэнэ. Заримдаа Усан цэнэгт усан цахилгаан станц гэсэн нэр томъёо хэрэглэгддэг. Энэ нь эрчим хүчний системийн оргил ачааллын үед ашиглагдах станц ба өөр өөр түвшинд байрласан усан сангуудын хооронд усыг шилжүүлэн ашигладаг. Эрчим хүчний бага хэрэглээтэй үед, эрчим хүчний системийн илүүдэл эрчим хүчээр доод усан сангаас дээд усан санд усыг шахуургаар шахаж дүүргэнэ. Хэрэглээ ихдээд ирэхэд уг гаргасан усны потенциал энергээр эрчим хүч үйлдвэрлэх ба ус дээд усан сангаас доод усан санд шилжинэ. Эрчим хүч хадгалах уг цахилгаан станц нь эрчим хүчний системийн үр ашигыг дээшлүүлж эрчим хүчийг хадгалах нэг хэрэгсэл болдог учир томоохон энергийн сүлжээнд зохицуулагчийн үүргэтэй оролцоно. Энерги хадгалах усан станц нь эрчим хүчний үүсвэр гэхээсээ илүү нөөцлөгч хэмжээн үзэх ба ашигт үйлийн коэффициент нь 0.8 ба түүнээс дээш байдаг.

Голдиролын усан цахилгаан станц

Голдиролын усан цахилгаан станцад усны нөөц, усан сан байхгүй ба урсаж ирсэн ус тухайн цагтаа эрчим хүч үйлдвэрлээд л доод хашицад шилжүүлэгддэг. АНУ-д голдиролын усан цахилгаан станц 60,000 МВт (2011 оны байдлаар нийт эрчим хүчний 13.7% -ийг бүрдүүлдэг) гаруй эрчим хүчнийг үйлдвэрлэж байна.

Түрлэгийн усан цахилгаан станц

Мөн үз: Түрэгийн усан цахилгаан станцын жагсаалт

Түрлэгийн усан цахилгаан станц нь далайн түрлэгийн улмаар бий болох хоногийн усны түвшний өсөлт ба бууралтыг ашиглан эрчим хүч үйлдвэрлэх технологи ба сайтар судалж, төлөвлөж чадвал оргил ачаалалд ажиллах боломжтой станцын нэг юм. Түрлэгийн станцууд нь дэлхий дээр олон биш байгаа ч хөгжих боломжтой салбарын нэг юм. Их британид 8-н газар энэ станц ажилладаг ба 2012 оны эрчим хүчний нийт хэрэглээний 20% -ийг үйлдвэрлэсэн байна.

Эрчим хүчний тооцоо

Усны эрчим хүч нь физик үүднээс чадлаар хэмжигдэнэ. Усны эрчим хүчний хувьд чадал гэдэг нь гидравлик түрэлт болон усны зарцуулгаас хамаарсан функц юм. Түрэлт гэдэг нь усны нэгж жин дахь энергийн хэмжээг илэрхийлнэ. Түрэлтийг статик ба динамик түрэлт гэж ангилах ба статик түрэлт нь усан цахилгаан станцын доод ба дээд хашиц дахь усны түвшний геометр зөрүү юм. Динамик түрэлт нь усны урсгалын хурднаас бий болно. Өөрөөр хэлбэл эдгээр нь потенциал болон кинетик энерги гэсэн үг юм. Усны нэгж бүрийн хийж чадах ажил нь түрэлтийг усны жингээр үржсэнтэй тэнцүү байна. Усны түвшний ялгавараар чөлөөтэй унаж байгаа усны чадал нь зарцуулга, усны нягт, унаж буй өндөр, болон хүндийн хүчний хурдатгалаас шууд хамааралтайгаар тодорхойлогдоно .

Нэгжийн СИ системд, усны эрчим хүчний чадал нь:

$N=\eta \rho \,Qgh\!$

Үүнд:

• N - усны эрчим хүчний чадал
• η - турбины ашигт үйлийн хэмжээсгүй коэффициент
• ρ - усны нягт буюу 1м куб усны жин
• Q - нэгж хугацаанд турбинаар урсан өнгөрөх усны зарцуулга
• g - хүндийн хүчний хурдатгал
• h - дээд болон доод хашицын усны түвшний ялгавар буюу түрэлт

Турбин 75-90% (0.85-олон улсын туршлага) - ийн ашигтай байхаар, ус нь 1000 кг/м.куб нягттай, 80 м.куб зарцуулгатай, 145 м - ийн цэвэр түрэлттэй гэсэн жишээ авч чадлыг тодорхойльё.

СИ системд: Чадал N= 0.85×1000×80×9.81×145=97 MВт

Ангилал

Физик техникийн дэвшлийн дүнд усны энергийг эрчим хүчний зориулалтаар XIX зууны сүүл үеэс ашиглаж эхэлсэн байна. Манай гариг дээрх бүх голуудын усны эрчим хүчний потенциал нь 190000ТВтц/жил ба үүний 9%-ийг ашиглаж байна. Усан цахилгаан станц нь бусад сэргээгдэх эх үүсвэрүүдийг бодвол суурилуулалтын зардал өндөр боловч эрчим хүчний өртөг хямд байдаг. Боомтын дээд болон доод өндрийн (түвшин) ялгааг түрэлт (орос: напор, англи: head) гэнэ. Турбинд орох усны потенциал энерги хэдий чинээ өндөр түрэлттэй байна үйлдвэрлэх цахилгаан энергийн хэмжээ төдий чинээ их байна. Усан цахилгаан станцыг үйлдвэрлэх эрчим хүчний хэмжээ болон барилга байгууламжийн овроос нь хамааруулж дараах байдлаар ангилж байна.

• Том оврын усан цахилгаан станц
• Бага оврын усан цахилгаан станц
• Микро усан цахилгаан станц
• Усан цэнэгт усан цахилгаан станц
• Далайн усан цахилгаан станц /Далайн давалгаа, түрлэг, дулаан, давсны нөөцнөөс эрчим хүч гарган авах олон шинэ технологиуд нээгдсээр байна./

Сүүлийн үеийн усны энергийн ашиглалтын хэлбэр нь бага оврын болон микро чадлын гольдролын станцуудаас гадна хөвөгч хэлбэрийн усан цахилгаан станцууд болж байна. Хөвөгч хэлбэрийн усан цахилгаан станцын онцлог нь боомт барих, цементэн суурь цутгах нэмэлт зардал гаргахгүй, экологийн хувьд цэвэр, усны урсгалын горимын өөрчлөлтөнд уян хатан, урсгалын бага хурданд ажиллах боломжтой юм. УЦС төлөвлөхдөө удаан хугацааны судалгааны материал дээр тулгуурлан хийдэг. Эдийн засгийн хувьд голлох үзүүлэлт нь усны урсацын хэмжээ, дээд болон доод хашиц дахь усны түвшний зөрүү буюу түрэлт, турбин болон генераторын ашигт ажиллагааны түвшин байдаг. Усны урсацын хэмжээ ихэвчлэн улирлын чанартайгаар өөрчлөгдөнө. Гэвч голын урсацын энэхүү өөрчлөлтөөс зайлс хийж жилийн туршид тогтвортой эрчим хүч үйлдвэрлэх үүднээс голын урсацад урсац тохируулга хийж усны хуримтлал бүхий усан сан үүсгэдэг. Монгол орны хувьд 5-8 сар хамгийн их урсацтай үе дохиодог. Хэмжээ нь жилийн бүх л хугацааны туршийн урсацын хөндлөн огтлолын талбай, урсгалын хурдны үржвэрээр тодорхойлогдоно. Усны түрэлтийг ихэвчлэн суваг болон боомт, далангаар зохиомлоор бий болгодог. Тухайн голын газрын хэвгий их байх тусам уналт буюу түрэлт өндөр байх боломж ихтэй .

Хэмжээ, төрөл болон цогцолборын хүчин чадлаар ангилах

Том оврын усан цахилгаан станцууд

Мөн үз: Дэлхийн томоохон усан цахилгаан станцуудын жагсаалт

Монголын усны эрчим хүчний нөөц

Сэргээгдэх эрчим хүчний дундаас усны эрчим хүч хамгийн өргөн хэрэглэгддэг. Байгалийн нөөц хязгаартай тул улс орнууд эрчим хүчний төлөө тэмцэлдэж байна. Цаг уурын өөрчлөлт, байгаль орчны бохирдол, түлш шатахууны үнийн өсөлт зэрэг тулгамдаж буй асуудал нь сэргээгдэх эрчим хүчийг үйлдвэрлэх, хэрэглэх шаардлага бийг харуулж байгаа. Ялангуяа хямд өртгөөр гарган авч болох усны эрчим хүчний асуудал зүй ёсоор тавигдаж буй. Дэлхийн олон оронд эрчим хүчээ усан цахилгаан станцаас гарган авдаг. 2006 оны байдлаар дэлхийн нийт эрчим хүчний бараг 20, сэргээгдэх эрчим хүчний ойролцоогоор 88, 2008 онд дэлхийн нийт сэргээгдэх эрчим хүчний 50-иас илүү хувийг усны эрчим хүч эзэлж байна. Бразил, Канад, Шинэ Зеланд, Норвеги, Парагвай зэрэг орон эрчим хүчнийхээ дийлэнхийг усан цахилгаан станцаасаа гаргаж авдаг байна. Норвегид л гэхэд эрчим хүчнийхээ 98-99 хувийг усан цахилгаан станцаас хангадаг гэсэн тооцоо бий.

Манай орны нийт нутаг дэвсгэр дээр нар, салхи, усны эрчим хүчийг хуваарилсан мэт жигд тархалттай байдаг. Тодруулбал Алтай, Хангай, Хэнтий, Хөвсгөлийн уулархаг нутагт усны, говь, хээрийн бүсэд нар, салхины эрчим хүчийг ашиглах боломжтойг сэргээгдэх эрчим хүчний нөөцийн судалгаанаас харж болно. Усны эрчим хүчийг шинжлэх ухааны үндэслэлтэйгээр ашиглах асуудлыг 1950 оноос эхлэн судалж, нөөцийн анхны үнэлгээг 1960 онд хийж Монголын эрчим хүчний нийт чадлыг 3800 МВт гэж тооцсон байдаг. Манай анхны УЦС нь 1959 онд Хархоринд Орхон гол дээр баригдсан 528 КВт-ын чадалтай станц юм. Одоогоор бага чадлын 150-2000 КВт-ын есөн УЦС ажиллаж байна. Түүнчлэн сүүлийн жилүүдэд Ховдын Дөргөний 12 МВт, Говь-Алтайн Улаанбоомын 11 МВт-ын дунд чадлын, Завханы Цэцэн-Уулын 150 КВт-ын, Завханмандалын 110 КВт-ын бага чадлын усан цахилгаан станцыг ашиглалтад оруулаад байгаа. Ийнхүү бага чадлын УЦС-ыг ашиглалтад оруулж хөдөөгийн сум, сууринг цахилгаанаар хангах нь цаашид усны эрчим хүчийг ашиглах боломж бийг харуулж байгаа юм. Монгол Улсын эрчим хүчний системийн 2009 оны оргил ачаалал 695 МВт-д хүрч байжээ. Харин өнгөрсөн оны арванхоёрдугаар сарын 15-нд системийн оргил ачаалал 728 МВт-д хүрэхэд ОХУ-аас 70 МВт эрчим хүч импортолсон бөгөөд манай дулааны цахилгаан станцууд бүрэн хүчин чадлаараа ажиллаж байсан.

Манай орны хөгжлийн хэтийн чиг хандлагаар 2020 онд оргил ачаалал 1128 МВт-д хүрэх магадлалтай бөгөөд тэр үед импортоор 500 орчим МВт эрчим хүч авахаар байна. Жил бүр ийм хэмжээний цахилгааны чадал авахад хүрвэл эдийн засаг доройтолд орж, шугамын дамжуулах чадвар хүрэлцэхгүй. Иймд төвийн эрчим хүчний системд үүссэн дутагдлыг нөхөх, ачааллыг тохируулах, шаардлагатай үед богино хугацаанд ажилд оруулах боломжтой том чадлын усан цахилгаан станц барьж ашиглалтад оруулах зайлшгүй шаардлагатай байгаа юм. Мөн “Сэргээгдэх эрчим хүчний тухай” хууль, “Монгол Улсын эрчим хүчний нэгдсэн систем хөтөлбөр”, “Сэргээгдэх эрчим хүчний хөтөлбөр” болон Засгийн газрын мөрийн хөтөлбөрт тусгасан заалтын дагуу эрчим хүчний хангамжийн бүтцийг сайжруулах, сэргээгдэх эрчим хүчний хэмжээг нэмэгдүүлэх, агаарын бохирдлыг багасгах, хөдөө орон нутгийг эрчим хүчээр найдвартай хангах замаар Монгол Улсын нийгэм, эдийн засгийг тогтвортой хөгжүүлэх нөхцөлийг бүрдүүлэх зорилтыг хэрэгжүүлэхэд том болон дунд чадлын усан цахилгаан станц байгуулах шаардлагатай юм. Эрчим хүчний системд усны эрчим хүчний оролцоог нэмэгдүүлэх, сүлжээний доголдлын горимыг сайжруулахад Эгийн голын 220 МВт, Шүрэнгийн 200 МВт, Орхон голын 100 МВт, Ховдын Эрдэнэбүрэнгийн 60 МВт, Хөвсгөлийн Чаргайтын 25 МВт зэрэг усан цахилгаан станцын төслүүд тодорхой үүрэг гүйцэтгэх юм. Дэлхий дахины шинэ хандлага ногоон хөгжлийн үзэл баримтлалыг хэрэгжүүлэхэд усан цахилгаан станцуудыг байгуулж, хөгжүүлэх нь чухал.

Монголын усан цахилгаан станцууд

Мөн үзэх

• Усны инженерийн байгууламж
• Сэргээгдэх эрчим хүч
• Усны барилга байгууламж
• Боомт